RC框架-翼墙结构抗极罕遇地震关键问题研究

By looking at the observed damage of reinforced concrete (RC) frame structures during the past earthquakes, it is demonstrated that the ductility design desire has not yet been achieved well. The collapse ratio of RC frames is even higher than that of masonry structures in the extreme high intensity regions. For the standing structures, the main gravity bearing members were damaged seriously, which left difficult repairing work after the earthquake. Investigation in the epicenter of Wenchuan earthquake found a wing wall-frame structure formed by adding appropriate structural walls beside columns showed excellent seismic performance. Wing walls fully participated in the lateral resistance and energy dissipation, while columns were protected. The proposed structural system could improve the tough working condition of columns in the traditional building structures with members combined service function, which enables an efficient while economic approach to improve the resistance of common RC frame structures to the very rare ground motion. And it could be applied in both new buildings and seismic retrofit of existing buildings. The seismic performance of the substructure and structural system regarding its seismic mechanism, damage characteristic, identification and optimization of influencing parameters and earthquake resilience are examined by theoretical, experimental and numerical investigations. Relevant design method considering economic factors is also established to provide scientific and technological support for the application.

近年来历次震害调查显示钢筋混凝土（RC）框架结构未能很好地实现延性抗震设计初衷，在极高烈度区其倒塌率甚至超过砖混结构，未倒塌结构主要承重构件发生严重塑性破坏，震后修复困难。汶川地震极震区发现一栋框架柱两侧增设适量抗震墙形成的RC框架-翼墙结构表现出卓越的抗震性能，结构中翼墙充分参与抗侧耗能，框架柱得到有效保护。该体系可改善传统的承重与抗侧功能集成型框架结构中框架柱苛刻的受力情况，为量大面广的RC框架结构提供了一种能够抗御极罕遇地震作用的有效途径，既可用于新建建筑也可用于既有建筑的抗震加固。本项目拟通过理论分析、试验研究和数值模拟相结合的研究手段，从子结构到结构体系层次对RC框架-翼墙结构的抗震机理与损伤特征、关键影响参数识别与优化以及功能可恢复性等关键问题进行深入剖析，并提出兼顾经济投入的设计方法，为推广应用提供科学和技术支撑。

历次震害调查显示钢筋混凝土（RC）框架结构未能很好地实现延性抗震设计初衷，且震后修复困难。汶川地震极震区发现的RC框架-翼墙结构表现出卓越的抗震性能，为量大面广的RC框架结构提供了一种能够抗御极罕遇地震作用的有效途径。针对这种RC框架-翼墙结构体系,本项目进行了以下的研究工作：（1）进行震害调查、并依据其分析结构体系的构造特点、震害损伤特点。综合pushover分析方法考察震害中原型结构，探讨增设适量翼墙对RC框架结构抗震性能和屈服模式的影响，对翼墙加固方法的概念和抗震机制进行了理论分析。（2）通过对子结构的拟静力试验，总结得出增设翼墙后子结构的受力机理、损伤特点和破坏模式，明确了翼墙在结构体系中是否完全承受轴压力作用，对于结构体系抗地震倒塌性能的影响。（3）通过ABAQUS软件对结构体系进行大量地震动作用下的IDA分析，定量分析了结构体系在极罕遇地震作用下的层间变形模式、损伤分布、失效机理等问题。并对RC框架-翼墙结构与纯框架结构进行基于概率的抗震性能评估，定量研究少量增设的翼墙对纯框架结构抗地震倒塌能力的提高幅度，确定设计的关键性参数。（4）通过缩尺比为1:4的翼墙-框架结构模型振动台试验，验证了该结构体系的抗地震倒塌能力。定量分析了结构在不同强度地震动作用下的受力特征、动力反应和损伤机制。并对试验模型与未加翼墙的纯框架数值模型进行了有限元分析，结果与试验吻合。（5）使用PACT软件结合ABAQUS模型对算例结构进行基于性能的抗震分析，分析震后的修复费用、修复时间、伤亡人数等，从而对翼墙结构的投资-收益合理性进行性能化设计。总体来说，增设翼墙后，有效的提高了原结构的抗侧刚度，降低了结构位移反应，翼墙先于框架柱的破坏为结构增添一道抗震防线，改善了结构变形模式，控制了损伤模式，大大提高了结构抗倒塌能力。既可用于新建建筑也可用于既有建筑的抗震加固。且经济实用，适合于普通多层RC框架结构中广泛应用。